污泥基水热炭强化二级生化出水深度脱氮方法及反应器与流程

1.本发明涉及一种污泥基水热炭强化二级生化出水深度脱氮方法及反应器，属于污废水处理技术领域。


背景技术：

2.污水处理过程中生物脱氮可削减进入水体的总氮，从而控制水体富营养化。然而经传统硝化、反硝化后，污废水二级生化出水中仍然剩余一定量的以no3‑
‑
n形式存在的总氮，排入水体依然存在使水体富营养化的风险。二级生化出水尚需深度脱氮以满足水环境保护要求。
3.外加有机碳源的异养生物反硝化是脱除二级生化出水中no3‑
‑
n常用方法。但外加碳源不仅增加了运行成本，过量使用还可能导致出水有机物超标。理论上，以廉价的低价态铁和硫等无机物为电子供体的自养反硝化可解决这一问题。铁硫自养反硝化与厌氧氨氧化已成为低c/n比污废水高效脱氮的主流研究方向，但菌种生长速率慢、受水温等环境因素影响较大，是工程应用中面临的共性问题，尤其对于贫营养的二级生化出水，这一问题更为突出。对于含有低浓度氮的二级生化出水，在工程实践中如何强化、优化以外加有机碳源为主的异养反硝化依然是研究及应用的重点。
4.值得注意的是，出于废弃物资源化目的，国内外开展了以生物质制备的生物炭强化脱氮的研究。生物炭的吸附作用对氮素表现较强去除作用，但吸附不能使氮素最终转化为n2从而使其无害化去除，只能作为在水中捕集、富集氮素的手段。生物脱氮可将废水中氮素以较低的成本最终转化为n2去除，生物炭对强化生物脱氮具有明显作用。污水处理过程中产生的剩余污泥也是一种典型的生物质，如能将污泥制备的生物炭用于污水处理厂二级生化出水强化反硝化脱氮，则为污泥资源化同时提升污废水效果提供了新思路。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：如何将污泥制备的生物炭用于污水处理厂二级生化出水强化反硝化脱氮。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种污泥基水热炭强化二级生化出水深度脱氮方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.步骤1)：将城市污水或工业废水处理厂低c/n二级生化出水进入装有污泥基生物炭填料和活性污泥絮体的反应器，经过污泥基生物炭填料的电导强化反硝化作用，促进反硝化菌对二级生化出水中本体有机物及外加碳源的利用，提高反硝化脱氮效率；
8.步骤2)：步骤1)处理后的水进入沉淀池沉淀后排出，部分沉淀污泥回流至污泥基生物炭填料再次处理，部分作为剩余污泥排出。
9.优选地，所述步骤1)中污泥基水热炭填料的装填密度为10～20kg/m3，反应时间为6～15h，以乙酸钠或甲醇为外加碳源，控制进水cod/tn为3.0～3.2。
10.优选地，所述步骤1)中污泥基水热炭填料的制备方法为：以污水处理厂剩余污泥
为原料，过滤去除污泥中的悬浮杂质，添加水将过滤后污泥稀释后，将其转移至水热釜中并密封；将水热釜加热反应，然后自然冷却至室温，将水热产物通过真空抽滤后得到污泥水热固态产物，然后依次用乙醇、去离子水洗涤产物；干燥后研磨成粉状固体，即为水热炭，将其装填至无纺布袋中制成污泥基水热炭填料。
11.更优选地，所述过滤采用100目的过滤器。
12.更优选地，所述稀释是将污泥mlss稀释至1000～3000mg/l。
13.更优选地，所述水热釜加热反应的温度为220℃，时间为4h。
14.更优选地，所述干燥的温度为105℃，时间为2h。
15.本发明还提供了一种污泥基水热炭强化二级生化出水深度脱氮反应器，其特征在于，包括：
16.设有污泥基生物炭填料和活性污泥絮体的污泥基水热炭强化脱氮反应池，污泥基水热炭强化脱氮反应池设有进水管、出水管，进水管上连接有碳源投加管；
17.与出水管连通的沉淀池，沉淀池的一侧设有废水出水管，底部设有排泥管，排泥管分别连接污泥回流管、污泥排放管，污泥回流管与进水管连通。
18.优选地，所述污泥基水热炭强化脱氮反应池的进水管一侧设有配水渠道，出水管一侧设有集水渠。
19.优选地，所述污泥基水热炭强化脱氮反应池内设有搅拌器，以保持水与污泥基水热炭填料、活性污泥的充分接触。
20.本发明的原理是：在污泥基水热炭强化二级生化出水脱氮反应器中，污泥基水热炭填料通过提高生物反硝化体系的电导性，提升反硝化菌群丰度，从而提高碳源利用率及脱氮效率。
21.本发明的适用范围为城市污水处理厂或工业废水处理厂二级生化出水，其中氮素含量以no3‑
‑
n为主，通过本发明的污泥基水热炭强化二级生化出水深度脱氮反应器，tn可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(一级a)(tn≤15.0mg/l)。
22.与传统反硝化深床脱氮滤池相比，本发明提出的污泥基水热炭强化二级生化出水深度脱氮反应器不存在滤床堵塞及反冲洗的问题，同时剩余污泥制备水热炭用于强化二级生化出水反硝化脱氮，不仅提升脱氮效率及降低脱氮成本，而且可实现污泥资源化。
附图说明
23.图1为本发明提供的污泥基水热炭强化二级生化出水深度脱氮反应器的示意图。
具体实施方式
24.为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
25.本发明提供了一种污泥基水热炭强化二级生化出水深度脱氮方法，包括以下步骤：
26.步骤1)：将城市污水或工业废水处理厂低c/n二级生化出水进入装有污泥基生物炭填料和活性污泥絮体的反应器，经过污泥基生物炭填料的电导强化反硝化作用，促进反硝化菌对二级生化出水中本体有机物及外加碳源的利用，提高反硝化脱氮效率；
27.步骤2)：步骤1)处理后的水进入沉淀池沉淀后排出，部分沉淀污泥回流至污泥基
生物炭填料再次处理，部分作为剩余污泥排出。
28.所述步骤1)中污泥基水热炭填料的制备方法为：以污水处理厂剩余污泥为原料，采用100目的过滤器过滤去除污泥中的悬浮杂质，添加水将过滤后污泥mlss稀释至1000～3000mg/l后，将其转移至水热釜中并密封；将水热釜加热至温度为220℃，反应4h，然后自然冷却至室温，将水热产物通过真空抽滤后得到污泥水热固态产物，然后依次用乙醇、去离子水洗涤产物；105℃干燥2h后研磨成粉状固体，即为水热炭，将其装填至无纺布袋中制成污泥基水热炭填料。反应器内污泥基水热炭填料的装填密度为10～20kg/m3，反应时间为6～15h，以乙酸钠或甲醇为外加碳源，控制进水cod/tn为3.0～3.2；
29.本发明还提供了一种污泥基水热炭强化二级生化出水深度脱氮反应器，如图1所示，其包括设有污泥基生物炭填料3和活性污泥絮体5的污泥基水热炭强化脱氮反应池4及与出水管7连通的沉淀池8，污泥基水热炭强化脱氮反应池4设有进水管1、出水管7，进水管1上连接有碳源投加管15；沉淀池8的一侧设有废水出水管9，底部设有排泥管11，排泥管11分别连接污泥回流管14、污泥排放管12，污泥回流管14与进水管1连通。所述污泥基水热炭强化脱氮反应池4的进水管1一侧设有配水渠道2，出水管7一侧设有集水渠6。所述污泥基水热炭强化脱氮反应池4内设有搅拌器13。
30.实施例
31.本实施例中的废水原水来自于上海松江某城市污水处理厂二级生化出水，其化学需氧量(cod)，硝酸盐氮(no3‑
‑
n)，亚硝酸盐氮(no2‑
‑
n)和氨氮(nh
4+
‑
n)的浓度分别为20.4
±
7.3mg/l、10.5
±
0.7mg/l、0.02
±
0.02mg/l和0.15
±
0.3mg/l，由于经过充分的硝化，废水中氮素形态主要以no3‑
‑
n为主。
32.污泥基水热炭的制备是以该污水处理厂二沉池排出剩余污泥为原料，以首先通过100目过滤器将污泥中的悬浮杂质去除，添加水将过滤后污泥mlss稀释至1000～3000mg/l，然后将其转移至水热釜中并密封。将水热釜加热，设定温度220℃条件下反应4h，并自然冷却至室温。将水热产物通过真空抽滤后得到污泥水热固态产物，然后依次用乙醇和去离子水洗涤产物。最后，在105℃条件下干燥2h后，得到黑灰色块状水热炭并研磨成粉状固体。将水热炭装填至无纺布袋中制备成污泥基水热炭填料。
33.将污泥基水热炭填料填装至污泥基水热炭强化脱氮反应器中，二级生化出水进入污泥基水热炭强化脱氮反应池，以乙酸钠或甲醇为外加碳源控制进水cod/tn为3.0～3.2，在反应池中污泥基水热炭填料和活性污泥絮体的综合作用下提高碳源利用率和脱氮效率，实现no3‑
‑
n转化为n2的高效脱氮，反应完成后泥水混合液进入沉淀池沉淀，沉淀后废水排出；沉淀池污泥定期经回流管道回流至进水管，与二级生化出水混合后进入反应池，以补充流失的污泥。经处理后，废水cod低于15.0mg/l，tn低于5.0mg/l。
34.本发明的一种污泥基水热炭强化二级生化出水深度脱氮反应器，包括污泥基水热炭强化脱氮反应池4和沉淀池8，其特征在于：所述污泥基水热炭强化脱氮反应池中装填污泥基水热炭填料3，反应池进水侧设置配水渠道2，进水管1与配水渠道、碳源投加管15相连接，反应池底部设置搅拌器13，反应池出水侧设置集水渠6，集水渠与反应池出水管7相连接；反应池出水管7与沉淀池8相连接，沉淀池后废水经出水管9排出，沉淀池底部排泥管11与污泥回流管14、污泥排放管12相连接，回流污泥经污泥回流管14回流与进水管1中二级生化出水混合后进入反应池，剩余污泥经污泥排放管12排放，在反应池中由污泥基水热炭填
料3和活性污泥絮体5共同完成强化反硝化脱氮过程。